降粘剂对高弹改性沥青SMA性能的影响

2020-11-13刘广宇孙克强

广东公路交通 2020年5期

刘广宇，孙克强，王民

(1.广东省路桥建设发展有限公司，广州 510623； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067)

0 引言

大跨径正交异性钢桥面板受力复杂，对沥青铺装层的抗高温性能、低温抗裂性能及耐久性要求较高[1-3]。而高弹改性沥青具有较高的粘度、低温延度和弹性恢复率，不仅拥有较好的抗高温变形能力，低温抗裂性和耐久性也十分突出。因此，钢桥面铺装常采用高弹沥青SMA作为磨耗层[4-5]。然而，大跨径桥梁上一般风速较大，施工过程中沥青混合料热量散发快，温度下降迅速。桥面铺装工程一般远离沥青拌和站，较远的运距同样会导致混合料热量散发多，温度下降迅速，不易压实。再加上高弹型改性沥青粘度较高，影响了SMA混合料铺筑时的施工和易性，进而影响沥青磨耗层的防水性能、力学强度和耐疲劳性能[6-7]。

通过降低混合料的粘度，既可以解决压实度不足，同时也提高了施工和易性。本文以广东省潮汕环线高速公路榕江特大桥工程为依托，通过采用降粘剂对现有高弹改性SMA沥青结合料生产配方做进一步降粘优化，并从沥青结合料、混合料两个维度对降粘效果进行评价。

1 降粘剂

1.1 降粘剂简介及原理

降粘剂根据其技术原理，可分为泡沫类、有机添加剂类和化学添加剂类等，各类型降粘剂的用量和使用方法见表1。

表1 各类型降粘剂的用量和使用方法

其中，有基类降粘剂成本低、添加方便，在工程应用中使用较为广泛。SAK(赛克)改性剂是上海某道路公司生产的一种性能优良的温拌剂、高温抗车辙剂，该材料具有增软、降针、降粘的效果，同时易融。Sasobit是由德国Sasol-Wax公司研发的一种长链聚烯烃类改性剂，具有较好的降粘改性作用，当拌和温度高于其熔点时，能够完全融于沥青结合料和混合料，它在沥青中的改性机理如图1所示。常温下它以固态形式(晶体)存在于沥青中，从而增大沥青的粘度；高温时，当沥青温度超过Sasobit熔点(110 ℃～120 ℃,一般115 ℃)温度，则Sasobit溶化，从而使沥青的粘度降低。Sasobit-REDUX为Sasobit的衍生型产品，同样具有较好的降粘作用[8-10]。

图1 Sasobit降粘机理

1.2 降粘剂比选

为对不同降粘剂的降粘效果进行对比分析，采用某高弹改性沥青配方，对上海产某降粘剂A、B以及SAK三种降粘剂进行研究，通过掺加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%用量，测试不同用量下的针入度、软化点及粘度，试验结果如图2～图5所示。

图2 不同降粘剂外掺比例对高弹改性沥青针入度的影响

图3 不同降粘剂外掺比例对高弹改性沥青软化点的影响

图4 不同降粘剂外掺比例对高弹改性沥青延度的影响

图5 不同降粘剂外掺比例对高弹改性沥青布氏粘度的影响

(1)从图2可以看出，在A、B、SAK三种降粘剂试验下，随着三种降粘剂掺量的不断增加，添加降粘剂B时改性沥青的针入度变化不明显，添加降粘剂SAK和A时改性沥青的针入度逐渐减小，其中添加SAK改性剂时针入度值最小，可见SAK对改性沥青的硬度改变较大，温度敏感性最小。

(2)从图3可以看出,随着SAK和降粘剂A掺量的增加，软化点随之不断增大，其中SAK对沥青软化点的提高程度要明显比A要高，表明SAK对抗高温变形能力具有较大程度的提升。降粘剂B随着掺量的增加使改性沥青软化点呈现小幅度下降，与其组分密切相关，其原因是降粘剂B中含有小比例的芳烃类化合物，致使沥青的粘度、稠度降低。

(3)从图4可以看出，随着SAK和降粘剂A的掺量逐渐增大时，沥青的延度呈现出下降趋势。降粘剂B对改性沥青影响不明显，其中SAK对沥青延度的损伤程度最大。

(4)从图5可以看出，三种降粘剂对高弹改性沥青的降粘效果较明显。随着外掺比例的增加，175℃布氏黏度均呈现出线性降低的趋势，其中SAK降粘效果最佳，降粘剂B次之。

综合以上各降粘剂对比试验结果可知，SAK的降粘效果最为明显，能够明显改善沥青混合料的粘度，进而提升现场施工和易性。同时，SAK对改性沥青的软化点、针入度均有较大幅度的改善，提高沥青结合料的高温稳定性。鉴于材料来源及成本，本研究选取SAK降粘剂做进一步探究。

2 SAK对高弹改性沥青性能影响的分析

分别加入高弹改性沥青质量2%、3%和4%的SAK改性剂，搅拌均匀后检测沥青关键性能参数，结果如图6和图7所示。

图6 SAK改性剂对高弹沥青软化点和针入度的影响

图7 SAK改性剂对高弹沥青老化前后延度的影响

由试验结果可以看出，随着SAK掺量的提高，高弹改性沥青的软化点随之提高，针入度下降，老化前后的延度也均有所下降。说明SAK改性剂的加入，能够提高沥青的高温稳定性，但低温抗裂性有所降低。然而，在4%掺量范围内，沥青老化前后5℃延度最低分别为33/0.1mm和17.5/0.1mm，远高于现行规范对沥青性能的要求。

3 SAK对高弹沥青SMA性能影响的分析

3.1 基本性能

采用玄武岩粗集料、细集料和石灰岩矿粉进行SMA配合比试验，矿料级配如图8所示。

其中，纤维采用聚乙烯纤维，用量为混合料质量的3‰，最佳沥青用量为6.0%，马歇尔体积指标见表2。

图8 高弹沥青SMA矿料级配

表2 SMA马歇尔体积指标

3.2 低温抗裂性

采用本文所述矿料级配和沥青用量，分别加入高弹改性沥青质量2%、3%、4%的SAK改性剂，成型小梁试件，进行-10℃低温小梁弯曲破坏试验，结果如图9和图10所示。

图9 SAK对高弹沥青SMA低温弯曲极限应变的影响

图10 SAK对高弹沥青SMA弯拉强度和劲度模量的影响

由试验结果可以看出，随着SAK 掺量的增加，高弹改性沥青SMA沥青混合料的低温小梁弯曲应变随之降低，弯拉强度增大，表明随着SAK掺量的增加，对混合料低温性能的损伤程度进一步增大。其中加入3%以上时，变化趋势放缓，且低温弯曲应变满足不低于3 000με的技术要求；随着SAK掺量的增加，高弹沥青劲度模量有所下降，说明混合料变得强度更高、延展性更好。由试验结果判断，采用3%添加量的SAK较为合适。